Kota Surakarta merupakan kawasan perkotaan inti dari wilayah Subosukawonosraten dan telah mengalami perkembangan yang pesat, yang secara signifikan berkontribusi pada percepatan urbanisasi di kota tersebut. Urbanisasi yang terjadi akan sejalan dengan peningkatan kebutuhan ruang sehingga menyebabkan perubahan karakteristik fisik perkotaan seperti perubahan luas lahan terbangun, luas lahan non terbangun, indeks kerapatan lahan terbangun, indeks kerapatan vegetasi, dan kepadatan bangunan. Perubahan karakteristik fisik perkotaan tersebut akan berkontribusi terhadap peningkatan suhu permukaan yang berimplikasi pada fenomena Urban Heat Island (UHI). Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hubungan variabel-variabel karakteristik fisik perkotaan terhadap Urban Heat Island (UHI) di Kota Surakarta pada tahun 2002, 2014, dan 2024. Penelitian ini menggunakan pendekatan deduktif dan jenis penelitian kuantitatif, dengan teknik analisis yang meliputi Land Surface Temperature (LST), analisis ambang batas dan intensitas UHI, analisis Supervised Classification, analisis Normalized Difference Built-up Index (NDBI), analisis Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), analisis kepadatan bangunan, analisis Ordinary Least Squares (OLS) dan analisis Geographically Weighted Regression (GWR). Hasil penelitian menunjukkan bahwa variabel-variabel karakteristik fisik perkotaan memiliki hubungan yang signifikan terhadap UHI, khususnya pada variabel luas lahan terbangun pada tahun 2002; serta luas lahan non terbangun, kerapatan lahan terbangun, kerapatan vegetasi, dan kepadatan bangunan pada tahun 2002, 2014, dan 2024. Dilihat dari nilai koefisien hubungannya baik secara global maupun lokal pada seluruh titik tahun, kerapatan lahan terbangun memiliki pengaruh yang paling besar terhadap peningkatan intensitas UHI di Kota Surakarta. Sementara itu, kerapatan vegetasi memiliki pengaruh yang paling besar terhadap penurunan intensitas UHI di Kota Surakarta. Variasi spasial hubungan lokal antar variabel juga menunjukkan bahwa masing-masing karakteristik fisik perkotaan memiliki hubungan yang berbeda-beda terhadap UHI pada setiap unit bloknya.